eleani maria da costa - dem/pucrs 1 propriedades dos metais deformados plasticamente a capacidade de...
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CRS PROPRIEDADES DOS METAIS
DEFORMADOS PLASTICAMENTE
A capacidade de um material se deformar plasticamente está relacionado com a habilidade das discordâncias se
movimentarem
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7. Discordâncias e Mecanismos de Aumento de
Resistência- Conceitos básicos: características das discordâncias, sistemas de escorregamento- Aumento da resistência por diminuição do tamanho de grão- Aumento da resistência por solução sólida
- Encruamento, recuperação, recristalização e crescimento de grão
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CRS PROPRIEDADES DOS METAIS
DEFORMADOS PLASTICAMENTE
A capacidade de um material se deformar plasticamente está relacionado com a habilidade das discordâncias se
movimentarem
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CRS DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
Os materiais podem ser solicitados por tensões de compressão, tração ou de cisalhamento.
Como a maioria dos metais são menos resistentes ao cisalhamento que à tração e compressão e como estes últimos podem ser decompostos em componentes de cisalhamento, pode-se dizer que os metais se deformam pelo cisalhamento plástico ou pelo escorregamento de um plano cristalino em relação ao outro.
O escorregamento de planos atômicos envolve o movimento de discordâncias
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CRS
DISCORDÂNCIAS E DEFORMAÇÃO PLÁSTICA Em uma escala microscópica a deformação plástica é o
resultado do movimento dos átomos devido à tensão aplicada. Durante este processo ligações são quebradas e outras refeitas.
Nos sólidos cristalinos a deformação plástica geralmente envolve o escorregamento de planos atômicos, o movimento de discordâncias e a formação de maclas
Então, a formação e movimento das discordâncias têm papel fundamental para o aumento da resistência mecânica em muitos materiais.
A resistência Mecânica pode ser aumentada restringindo-se o movimento das discordâncias
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CRS MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS
E A DEFORMAÇÃO PLÁSTICA Discordâncias em cunha movem-se devido à aplicação de uma tensão de cisalhamento perpendicular à linha de
discordância O movimento das discordâncias pode parar na superfície do material, no contorno de grão ou num precipitado ou
outro defeito A deformação plástica corresponde à deformação permanente que resulta principalmente do movimento de
discordâncias (em cunha ou em hélice)
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MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS
Plano de escorregamento
Direção de escorregamento
Uma distância interatômica
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CRS MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS
EM CUNHA E EM HÉLICE
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Fonte: Prof. Sidnei/ DCMM/PUCRJ
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CRS DENSIDADES DE DISCORDÂNCIAS
TÍPICAS Materiais solidificados lentamente = 103 discord./mm2
Materiais deformados= 109 -1010 discord./mm2
Materiais deformados e tratados termicamente= 105 -106 discord./mm2
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CRS
CARACTERÍSTICAS DAS DISCORDÂNCIAS IMPORTANTES PARA
AS PROP. MECÂNICAS Quando os metais são deformados plasticamente cerca de 5% da energia é retida internamente, o
restante é dissipado na forma de calor. A maior parte desta energia armazenada está associada com as tensões associadas às discordâncias A presença de discordâncias promove uma distorção da rede cristalina de modo que certas regiões sofrem
tensões compressivas e outras tensões de tração.
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INTERAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS ATRAÇÃO REPULSÃO
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CRS MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS EM
MONOCRISTAIS Durante a deformação
plástica o número de discordâncias aumenta drasticamente
As discordâncias movem-se mais facilmente nos planos de maior densidade atômica (chamados planos de escorregamento). Neste caso, a energia necessária para mover uma discordância é mínima
Então, o número de planos nos quais pode ocorrer o escorregamento depende da estrutura cristalina
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CRS Planos e direções de deslizamento
das discordâncias Sistemas de delizamento:conjunto de planos e
direções de maior densidade atômica
CFC: {111}<110> (mínimo 12 sistemas) CCC: {110}<111> (mínimo 12 sistemas) HC: apresenta poucos sistemas de
deslizamento (3 ou 6) por isso os metais que cristalizam nesta estrutura são frágeis
PARA ALGUNS MATERIAIS COM ESTRUTURAS CCC E HC O ESCORREGAMENTO DE ALGUNS PLANOS SÓ SE TORNAM
OPERATIVOS A ALTAS TEMPERATURAS
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CRS CFC: {111}<110>
(mínimo 12 sistemas de escorregamento)
Planos: {111}= 4Direções: 3 para cada plano
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CRS Maclas
Discordâncias não é o único defeito cristalino responsável pela deformação plástica, maclas também contribuem.
Deformação em materiais cfc, como o cobre, é comum ocorrer por maclação
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CRS
Mecanismos de aumento de resistência dos metais Aumento da resistência por adição de elemento
de liga (formação de solução sólida ou precipitação de fases)
Aumento da resistência por redução do tamanho de grão
Aumento da resistência por encruamento Aumento da resistência por tratamento térmico
(transformação de fase): será visto posteriormente
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CRS INTERAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS
EM SOLUÇÕES SÓLIDAS
Quando um átomo de uma impureza esta presente, o movimento da discordância fica restringido, ou seja, deve-se fornecer energia adicional para que continue havendo escorregamento. Por isso soluções sólidas de metais são sempre mais resistentes que seus metais puros constituintes
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CRS
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA EM MATERIAIS POLICRISTALINOS
O contorno de grão interfere no movimento das discordâncias
Devido as diferentes orientações cristalinas presentes, resultantes do grande número de grãos, as direções de escorregamento das discordâncias variam de grão para grão
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CRS Aumento da resistência por
diminuição do tamanho de grão O contorno de grão funciona como
um barreira para a continuação do movimento das discordâncias devido as diferentes orientações presentes e também devido às inúmeras descontinuidades presentes no contorno de grão.
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CRS Dependência da tensão de
escoamento com o tamanho de grão esc= o + Ke (d)-1/2
o e Ke são constantes d= tamanho de grão Essa equação não é válida para
grãos muito grosseiros ou muito pequenos
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CRS ENCRUAMENTO OU ENDURECIMENTO
PELA DEFORMAÇÃO À FRIO É o fenômeno no qual um material endurece
devido à deformação plástica (realizado pelo trabalho à frio)
Esse endurecimento dá-se devido ao aumento de discordâncias e imperfeições promovidas pela deformação, que impedem o escorregamento dos planos atômicos
A medida que se aumenta o encruamento maior é a força necessária para produzir uma maior deformação
O encruamento pode ser removido por tratamento térmico (recristalização)
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VARIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS EM FUNÇÃO DO ENCRUAMENTO
O encruamento aumenta a resistência mecânica
O encruamento aumenta o limite de escoamento
O encruamento diminui a ductilidade
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ENCRUAMENTO E MICROESTRUTURA Antes da
deformação Depois da
deformação
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RECRISTALIZAÇÃO(Processo de Recozimento para Recristalização)
Se os metais deformados plasticamente forem submetidos ao um aquecimento controlado, este aquecimento fará com que haja um rearranjo dos cristais deformados plasticamente, diminuindo a dureza dos mesmos
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MECANISMO QUE OCORRE NO AQUECIMENTO DE UM MATERIAL ENCRUADO
ESTÁGIOS:
Recuperação Recristalização Crescimento de grão
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MECANISMO QUE OCORRE NO AQUECIMENTO DE UM MATERIAL ENCRUADO
Ex: Latão
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CRS RECUPERAÇÃO
Há um alívio das tensões internas armazenadas durante a deformação devido ao movimento das discordâncias resultante da difusão atômica
Nesta etapa há uma redução do número de discordâncias e um rearranjo das mesmas
Propriedades físicas como condutividade térmica e elétrica voltam ao seu estado original (correspondente ao material não-deformado)
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CRS RECRISTALIZAÇÃO
Depois da recuperação, os grãos ainda estão tensionados
Na recristalização os grão se tornam novamente equiaxiais (dimensões iguais em todas as direções)
O número de discordâncias reduz mais ainda
As propriedades mecânicas voltam ao seu estado original
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CRS CRESCIMENTO DE GRÃO
Depois da recristalização se o material permanecer por mais tempo em temperaturas elevadas o grão continuará à crescer
Em geral, quanto maior o tamanho de grão mais mole é o material e menor é sua resistência
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TEMPERATURAS DE RECRISTALIZAÇÃO
A temperatura de recristalização é dependente do tempo
A temperatura de recristalização está entre 1/3 e ½ da temperatura de fusão
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TEMPERATURAS DE RECRISTALIZAÇÃO
Chumbo - 4C Estanho - 4C Zinco 10C Alumínio de alta pureza 80C Cobre de alta pureza 120C Latão 60-40 475C Níquel 370C Ferro 450C Tungstênio 1200C
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CRS
DEFORMAÇÃO À QUENTE E DEFORMAÇÃO À FRIO Deformação à quente: quando a
deformação ou trabalho mecânico é realizado acima da temperatura de recristalização do material
Deformação à frio: quando a deformação ou trabalho mecânico é realizado abaixo da temperatura de recristalização do material
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CRS DEFORMAÇÃO À QUENTE
VANTAGENS Permite o emprego de menor esforço mecânico para a mesma deformação
(necessita-se então de máquinas de menor capacidade se comparado com o trabalho a frio).
Promove o refinamento da estrutura do material, melhorando a tenacidade Elimina porosidades Deforma profundamente devido a recristalização
DESVANTAGENS: Exige ferramental de boa resistência ao calor, o que implica em custo O material sofre maior oxidação, formando casca de óxidos Não permite a obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreitas
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CRS DEFORMAÇÃO À FRIO
Aumenta a dureza e a resistência dos materiais, mas a ductilidade diminui
Permite a obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreitas
Produz melhor acabamento superficial
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CRS VARIAÇÃO DAS PROPRIEDADES EM
FUNÇÃO DO ENCRUAMENTO